JP3193436B2 - フラックス組成物 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子工業のプリント配
線板の製造に使用される液状フラックス組成物に関す
る。さらに詳述すれば、電子部品の実装に用いられるポ
ストフラックスで、はんだ付け後、殆ど残渣を残さない
フラックス組成物に関する。

【０００２】

【従来の技術】プリント配線板（以下ＰＣＢと略す）に
電子部品をはんだ付けするときに、一般にはんだ付け性
を確保するために液状フラックスを塗布する方法が用い
られた。電子工業において用いられるポストフラックス
は一般にイソプロピルアルコール（ＩＰＡと略す）のよ
うな低級アルコール系有機溶剤に、ベース樹脂としてロ
ジンまたはそれらの誘導体を、また活性剤としてアミン
のハロゲン化水素酸塩あるいは有機酸などを配合して溶
解したものを主成分としていたものが用いられた。そし
てこれらは通常固形分濃度として１０数％から３０％程
度のものが用いられたため、多くのはんだ付け残渣を生
じた。これを除去するため洗浄が行われ、洗浄液として
フロン１１３等が用いられた。

【０００３】また、従来、無洗浄の低固形分フラックス
として、例えばアジピン酸を主成分としてＩＰＡに数％
の濃度で溶解させた市販品（インターフラックス２００
５）や特許願平成３年第４２２２３号明細書記載のアジ
ピン酸のような有機酸と多価アルコールの部分エステル
化物または高級アルコールの混合物が用いられた。これ
らの液状フラックスの塗布は浸漬、刷毛塗り、スプレ
ー、発泡などの方法で行われた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ロジン
系樹脂と活性剤を使用したものは多くの残渣を生じ、該
残渣は、それらが非腐食性、非電導性であっても、、チ
ェッカーピン検査時にピンプローブの接触不良による検
査エラーを生じたり、搬送コンベヤの機器に基板の残渣
が累積して搬送ミスを生じたり、精密を要するコンピュ
ターおよび電気通信装置の製造に、ＭＩＬーＰー２８８
０９清浄度試験に合格させることができないという難点
がある。そしてフラックス残渣の除去には、洗浄工程が
必要となり、工程が増加することによるコストアップに
繋がり、また、洗浄液としてフロン１１３をベースとす
る有機溶剤を使用するため、地球のオゾン層の破壊に繋
がり、地球環境保全上難点がある。

【０００５】また、無洗浄の低固形フラックスは、はん
だ付け後に実質的に全く残渣が残らないか、または最小
限の残渣しか残らないので、電子部品の実装に用いて
も、何等洗浄工程を必要とせず、はんだ付け性も良好で
ある。またＪＩＳ Ｚー３１９７に基ずく２型櫛型電極
基板を用いた電圧印加耐湿性試験（４０℃、９０〜９５
％ＲＨ、直流１００Ｖ印加、９６時間）でも１０¹²Ω以
上の高い絶縁性を示し腐食やマイグレーションの発生も
認められなかった。しかしがらこれらのフラックスはよ
り厳しい環境条件（例えば、６５℃、９５％ＲＨ、直流
１００Ｖ印加）で電圧印加耐湿性試験を行うと、電気絶
縁性は保持されるものの、マイグレーションが発生する
という難点がある。

【０００６】本発明の目的は、はんだ付け後に実質的に
全く残渣が残らないか、または最小限の残渣しか残らな
いので、電子部品の実装に用いても何等洗浄工程を必要
とせず、はんだ付け性が良好で、しかもはんだ付けされ
たＰＣＢに特に高い信頼性を与える液状フラックス組成
物を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】 本発明はカルボン酸化
合物を活性剤として含むフラックス組成物において、特
定の組成をもつメタアクリル酸エステルおよび／または
アクリル酸エステルを主成分とした共重合体を含有させ
ることによって前述の目的を達成されることを見出し本
発明を完成するに至った。

【０００８】本発明に用いられるカルボン酸化合物とし
ては、例えばプロピオン酸、吉草酸、ｎーヘキサン酸、
ｎーヘプタン酸、ｎーオクタン酸、ｎーノナン酸、パル
ミチン酸などのモノカルボン酸、また例えば蓚酸、コハ
ク酸、アジピン酸、セバシン酸またはリンゴ酸などのジ
カルボン酸である場合よい結果が得られる。必要に応じ
これらの酸の混合物を使用することもできる。

【０００９】また、有機溶剤としては、一般にエタノー
ル、ＩＰＡのような低級アルコールや酢酸エチル、酢酸
ブチルのような揮発性溶剤が単独または混合して用いら
れる。また、低揮発性の溶剤、例えばエチレングリコー
ルモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチル
エーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、プ
ロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレング
リコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールジ
ブチルエーテルなどを揮発性溶剤に添加して用いること
も可能である。これはメタアクリル酸エステルおよび／
またはアクリル酸エステルを主成分とした共重合体の重
合溶剤として用いられた場合には必然的に混入してくる
し、フラックスの揮発速度を制御したりするために後か
らさらに添加することも可能である。

【００１０】また、本発明に用いられるメタアクリル酸
エステルおよび／またはアクリル酸エステルを主成分と
した共重合体としては、酸価３〜３０ｍｇＫＯＨ／ｇ、
水酸基価３〜３５ｍｇＫＯＨ／ｇ、ガラス転移温度が１
０〜８０℃好ましくは２５〜７０℃のメタアクリル酸エ
ステルおよび／またはアクリル酸エステルを主成分とし
た共重合体が用いられる。

【００１１】ここで共重合体の主成分を構成する単量体
としては、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アク
リル酸ｎープロピル、アクリル酸イソプロピル、アクリ
ル酸ｎーブチル、アクリル酸イソブチル、アクリル酸ｔ
ーブチル、アクリル酸２ーエチルヘキシル、シクロヘキ
シルアクリレート、メタアクリル酸メチル、メタアクリ
ル酸エチル、メタアクリル酸ｎープロピル、メタアクリ
ル酸イソプロピル、メタアクリル酸ｎーブチル、メタア
クリル酸イソブチル、メタアクリル酸ｔーブチル、メタ
アクリル酸ｎーヘキシル、メタアクリル酸ｎーオクチ
ル、メタアクリル酸ｎーデシル、メタアクリル酸ｎード
デシル、メタアクリル酸ラウリル、シクロヘキシルメタ
アクリレート、グリシジルメタアクリレートなど主とし
て用いられる。また、これらの成分に加えてスチレンや
酢酸ビニルを共重合させることも可能である。

【００１２】またカルボキシル基を付与する単量体とし
てはアクリル酸、メタアクリル酸、イタコン酸、マレイン
酸、クロトン酸などが用いられる。さらに水酸基を付与
する単量体としては、メタアクリル酸２−ヒドロキシエ
チル、メタアクリル酸２−ヒドロキシプロピル、メタア
クリル酸３−ヒドロキシプロピル、メタアクリル酸２ヒ
ドロキシブチル、メタアクリル酸３−ヒドロキシブチ
ル、メタアクリル酸４−ヒドロキシブチル、アクリル酸
２−ヒドロキシエチル 、 アクリル酸ヒドロキシプロピル
などが用いられる。

【００１３】メタアクリル酸エステルおよび／またはア
クリル酸エステルを主成分とした共重合体中のアクリル
酸、メタアクリル酸などカルボキシル基（酸基）含有単
量体の含有量によって酸価（１）式によって規定され、 ＡＶ（ｍｇＫＯＨ／ｇ）＝５６．１×１０００×酸基含有単量体の質量分率／ 酸基含有単量体の分子量 （１）

【００１４】アクリル酸２ーヒドロキシエチル、アクリ
ル酸ヒドロキシプロピル、メタアクリル酸２ーヒドロキ
シエチル、メタアクリル酸ヒドロキシプロピルなどの水
酸基含有単量体の含有量によって水酸基価が（２）式に
よって規定される。

【００１５】また、メタアクリル酸エステルおよび／ま
たはアクリル酸エステルを主成分とした共重合体のガラ
ス転移温度は使用する単量体の種類と比率によって、近
似的に（３）式から算出できる。 １／Ｔ_G ＝（Ｗ₁／Ｔ₁）＋（Ｗ₂／Ｔ₂）＋… （３） ここで、 Ｔ_G ：共重合体のガラス転移温度（絶対温度） Ｗ₁ 、Ｗ₂ … 各単量体の重量比率 Ｔ₁ 、Ｔ₂ … 各単独重合体のＴ_G （３）式に用いる各単独重合体のＴ_G としては、ポ
リアクリル酸ｎーブチルー４５℃（絶対温度で２２8
度）、ポリメタアクリル酸メチル１０５℃、ポリメタア
クリル酸ｎーブチル２０℃、メタアクリル酸イソブチル
４８℃、メタアクリル酸ｔ−ブチル１０８℃、ポリアク
リル酸１０６℃、ポリメタクリル酸１８５℃、ポリアク
リル酸２−ヒドロキシエチルー２０℃、ポリメタアクリ
ル酸２−ヒドロキシエチル５５℃などの値を用いた。

【００１６】また、本発明に用いられるメタアクリル酸
エステルおよび／またはアクリル酸エステルを主成分と
した共重合体の分子量は、特に制限されないが、本発明の
性能を長期にわたって安定的に保証するには重量数平均
分子量５０００以上が好ましい。また、有機溶剤への溶
解性の点で２０万以下が好ましい。本発明の好ましい実
施態様において、活性剤として０．５〜３．５重量％の
カルボン酸化合物、酸価３〜３０ｍｇＫＯＨ／ｇ、水酸
基価３〜３５ｍｇＫＯＨ／ｇ、ガラス転移温度１０〜８
０℃好ましくは２５〜７０℃のメタアクリル酸エステル
および／またはアクリル酸エステルを主成分とした共重
合体として０．５〜５．０重量％、残りが有機溶剤であ
る液状フラックス組成物を提供する。

【００１７】活性剤としてのカルボン酸化合物が０．５
重量％未満だとはんだ付け性に問題が生じ不濡れ、ツラ
ラ、ブリッジ等のはんだ付け不良が発生しやすく、３．
５重量％以上でははんだ付け効果が飽和するばかりでな
く、はんだ付け後にＰＣＢ上に残留した過剰な酸により
ＰＣＢの電気的信頼性を悪くするので好ましくない。

【００１８】また、特定の酸価、水酸基価、ガラス転移
温度のメタアクリル酸エステルおよび／またはアクリル
酸エステルを主成分とした共重合体が０．５重量未満で
は保護被膜としての効果が得られず、５．０重量％以上
ではその効果がほ飽和してしまうばかりでなく、フラッ
クス残渣が増加してしまうので好ましくない。

【００１９】なお、メタアクリル酸エステルおよび／ま
たはアクリル酸エステルを主成分とした共重合体の酸価
と水酸基価が上記の範囲から外れた場合には、フラック
スの信頼性試験の１つである、比較的厳しい電圧印加耐
湿性試験（６５℃、９５％ＲＨ、直流１００Ｖ印加、３
００時間以上）で銅のマイグレーションが発生するので
好ましくない。また、ガラス転移温度が１０〜８０℃好
ましくは２５〜７０℃としたのは、これらの湿度より低
いＴ_G のものでは残渣が軟らかくて傷が付き易く、ま
た若干のタック性があるため残渣がほこりやチリを吸着
し易いので好ましくない。またこれらの湿度より高すぎ
ると残渣が割れ易い傾向があり好ましくない。なお、本
発明の液状フラックス組成物には、少量の任意の成分、
例えばＰＣＢに黴の発生を防止するための防黴剤、つや
消し剤、あるいはまた、皮膜性を向上させるための皮膜
助剤などを配合しても良い。

【００２０】

【作用】 本発明のフラックス組成物は、カルボン酸化
合物を活性剤として、これを有機溶剤に溶解したもの
に、特定の範囲の酸価と水酸基とを共に含有し、特定の
ガラス転移温度をもつメタアクリル酸エステルおよび／
またはアクリル酸エステルを主成分とした共重合体を含
有させることによって、はんだ付け後のフラックス残渣
を化学的、電気的に安定で均一な被膜として少量残留さ
せて、はんだ付け後のＰＣＢに高い信頼性を付与すると
いう原理に基づいている。特定の範囲の酸価と水酸基価
とを共に含有し、特定のガラス転移温度をもつメタアク
リル酸エステルおよび／またはアクリル酸エステルを主
成分とした共重合体をフラックス成分として用いた時、
なぜ高信頼性のフラックスができるのか理論的解明は十
分されているとは言えないが、適度の極性をもつ重合体
であるので、活性剤のカルボン酸化合物との親和性が良
く、また銅とも適度な親和性をもつためではないかと考
えている。

【００２１】（実施例）以下に本発明を実施例により具
体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定される
ものではない。なお、「部」および「％」とあるのは、
特に断りのない限り重量基準である。 （合成例）メタアクリル酸エステルおよび／またはアク
リル酸エステルを主成分とした共重合体の合成方法は、
以下の通りである。冷却器、温度計、滴下ロートおよび
攪拌器を備えた四つ口フラスコにエチルセロソルブ８０
部を仕込み、攪拌しながら９５℃に昇温した。ついで、
滴下ロートより表１、表2に示す単量体及び重合開始剤
の混合物を4時間で等速滴下した。滴下終了後ターシャ
リブチルパーオキシオクトエート1部とエチルセロソル
ブ１０部を2時間で滴下し、さらに2時間攪拌した後、エ
チルセロソルブ１０部を添加して表１、表２に示す特性
を有するメタアクリル酸エステルおよび／またはアクリ
ル酸エステルを主成分として共重合体Ｐ−１〜１５およ
びＲ１〜６を得た。

【００２２】

【表１】

【００２３】

【表２】

【００２４】表に示す記号は １）メチルメタアクリレート ２）ｎーブチルメタアクリレート ３）イソブチルメタアクリレート ４）ターシャリブチルメタアクリレート ５）ｎーブチルアクリレート ６）２ーヒドロキシエチルメタアクリレート ７）２ーヒドロキシエチルアクリレート ８）アクリル酸 ９）メタアクリル酸 １０）ターシャリブチルパーオキシオクトエート １１）酸価（ｍｇＫＯＨ／ｇ）：式１による計算値 １２）水酸基（ｍｇＫＯＨ／ｇ）：式２による計算値 １３）ガラス転移温度（℃）：ＤＳＣ（示差熱量計）に
よる実測値 １４）ガ−ドナ−粘度計による実測値 １５）重量平均分子量で単位は万

【００２５】（実施例１）フラックス組成物を下記の諸
成分から製造した。 アジピン酸 １．５％メタアクリル酸エステルおよび／またはア クリル酸エス
テルを主成分とした 共 重合体Ｐ−１ ３．０％ メチルセロソルブ １５．０％ ＩＰＡ ８０．５％ 上記フラックスを通常の発泡フラクサーによってＰＣＢ
に塗布し、プリヒートしてから２５０℃の２槽（ダブル
ウェーブ式）はんだ浴ではんだ付けを行った。はんだ付
け基板には、はんだ不濡れ、ツララ、ブリッジなどのは
んだ付け欠陥が全くなく、目視でほとんど残渣が認めら
れなかった。オメガメータによる残留イオン濃度は１０
μｇＮａＣｌ／ｉｎ² であり、MＩＬ−Ｐ−２８８０９
洗浄度試験の規格（１４μｇＮａＣｌ／ｉｎ² 以
下）に合格した。またＪＩＳ Ｚ−３１９７で規定され
ている２型の櫛形電極をもつガラス／エポキシ基板を用
いて６５℃、９６％ＲＨ、直流１００Ｖ印加の電圧印加
耐湿性試験を行ったところ３００時間経過後でも、表面
絶縁抵抗（ＳＩＲ）は１０¹² Ω以上の高い絶縁性を
示し銅の腐食やマイグレーションの発生が認められなか
った。

【００２６】（比較例１）フラックス組成物を下記の諸
成分から製造した。 アジピン酸 ２．５％ ＩＰＡ ９７．５％ これを刷毛塗りにより電子部品を搭載したＰＣＢに塗布
し、実施例１と同様に自動はんだ付け装置によりはんだ
付けを行った。その結果、実施例１と同様、優れたはん
だ付け性を有していたが、基板にアジピン酸と考えられ
る白い結晶物が偏析し、オメガメータによる残留イオン
濃度は、１７．３μｇＮａＣｌ／ｉｎ²であり、ＭＩＬ
ーＰー２８８０９清浄度試験の規格に合格しなかった。
また実施例１と同様に電圧印加耐湿性試験を行ったとこ
ろ９６時間経過後で表面絶縁抵抗（ＳＩＲ）は１０¹²Ω
以上でありながら銅石鹸と銅マイグレーションが多発し
た。

【００２７】（比較例２）フラックス組成物を下記の諸
成分から製造した。 アジピン酸 １．３％ ｎーノナン酸 ０．２％ ジグリセリンテトラベンゾエート ０．０２％ 酢酸ブチル ８．０％ ＩＰＡ ９０．４８％ からなる液状フラックス組成物を調合し、これを刷毛塗
りにより電子部品を搭載したＰＣＢに塗布し、実施例１
と同様に自動はんだ付け装置によりはんだ付けを行っ
た。

【００２８】その結果、実施例１と同様、優れたはんだ
付け性を有しており、基板にほとんどフラックス残渣が
認められなかった。オメガメータによる残留イオン濃度
は、７．１μｇＮａＣｌ／ｉｎ²であり、ＭＩＬーＰー
２８８０９清浄度試験の規格に合格した。また実施例１
と同様に電圧印加耐湿性試験を行ったところ９６時間経
過後で表面絶縁抵抗（ＳＩＲ）は１０¹²Ω以上であり銅
の腐食やマイグレーションが発生していなかったが、２
４０時間経過後ではＳＩＲが１０¹¹Ωオーダになりマイ
グレーションが発生した。

【００２９】

【表３】

【００３０】実施例２〜４、比較例３〜５ 表３に示すようなフラックス組成物を製造した。これら
のフラックスをＪＩＳ Ｚ３１９７に準拠してはんだ広
がり率を求めたところ、Ａが５６％、Ｂが７２％、Ｃが
８０％、Ｄが８６％、Ｅが８８％、Ｆが９０％であっ
て、フラックス中の固形成分が少なすぎてははんだ広が
りが悪く、また固形成分が多くなるとはんだ広がり率が
飽和することがわかった。また、はんだ広がり率を測定
したテスト片の残留フラックス量は固形成分が多くなる
ほど多くなることが観察された。これらの結果からフラ
ックス中の固形成分が少なすぎてははんだ付け性が悪
く、多すぎるとはんだ付け効果が飽和してしまうと同時
にフラックス残渣量が多くなりすぎるので好ましくな
い。

【００３１】実施例５〜１９、比較例６〜１１ 合成例で得られたメタアクリル酸エステルおよび／また
はアクリル酸エステルを主成分とした共重合体Ｐ−１〜
１５および、Ｒ１〜６をそれぞれ３％、活性剤としてア
ジピン酸１．４％およびｎーノナン酸０．２％とを、Ｉ
ＰＡに溶解し表４に示す２０種のフラックス組成物を作
製した。これらのフラックスを用いて実施例1と同様に
自動はんだ付け装置によりはんだ付けを行いフラックス
残渣量の目視判定と不濡れ、ツララ、ブリッジなどのは
んだ付け欠陥の有無を判定した。その結果、実施例５〜
１９、比較例６〜１１いずれもフラックス残渣量は少な
く、はんだ付け欠陥もなかった。但し、比較例１０のみ
フラックス残渣にややべた付きがあった。また、フラッ
クスを用いて実施例２と同様にＪＩＳ Ｚ−３１９７に
準拠してはんだ広がり率を求めた。はんだ広がり率７０
％未満不合格、７０％以上を合格として結果を表４にま
とめた。

【００３２】さらにまた、実施例１と同様にしてＪＩＳ
Ｚー３１９７で規定されている２型の櫛形電極をもつ
ガラス／エポキシ基板を用いて６５℃、９５％ＲＨ、直
流１００Ｖ印加の電圧印加耐湿性試験を行い、９６時
間、２４０時間、３６０時間経過後の表面絶縁抵抗（Ｓ
ＩＲ）の測定と銅マイグレーションの有無をチェックし
た。ＳＩＲについては比較例４が９６時間後１０¹²Ω、
２４０時間で１０¹¹Ω、３６０時間で１０¹⁰Ωと経時的
に悪くなったほかは、いずれも３６０時間後でも１０¹²
Ω以上と高い絶縁性を示した。但し、フラックスの種類
（合成樹脂の種類）によっては、ＳＩＲが高くても銅の
マイグレーションが発生した。結果を表４に示した。

【００３３】

【表４】

【００３４】表４の１）はんだ付け残渣にタックがある
ものは× ２）はんだ広がり率（ＪＩＳ Ｚー３１９７に準拠）で
評価 ×：７０％未満 〇：７０％以上 ３）信頼性は６５℃、９５％ＲＨ、直流１００Ｖ印加の
電圧印加耐湿性試験の結果から以下のように評価 ×：９６時間でマイグレーション発生 △：２４０時間でマイグレーション発生 ○：３６０時間までマイグレーションなし

【００３５】

【発明の効果】 本発明の液状フラックス組成物は、特
定の範囲の酸価と水酸基およびガラス転移温度をもつメ
タアクリル酸エステルおよび／またはアクリル酸エステ
ルを主成分とした共重合体を、活性剤としてのカルボン
酸化合物と組み合わせることによって、はんだ付け性が
良好で、しかもはんだ付け後のフラックス残渣が均一に
化学的、電気的に安定な被膜として残留させることによ
ってはんだ付け後のＰＣＢに高い信頼性を付与するの
で、電子部品の実装に用いても何等洗浄工程を必要とせ
ず、一方ではんだ付けされたＰＣＢに要求される各種の
規格に合致しうる液状フラックス組成物を提供すること
ができる。従って、民生用や産業用プリント配線板など
の製造に適したフラックスとして用いることができる。

フロントページの続き (72)発明者 鴨志田 英明 東京都八王子市諏訪町251番地 株式会 社アサヒ化学研究所内 (72)発明者 岩佐 山大 東京都八王子市諏訪町251番地 株式会 社アサヒ化学研究所内 (72)発明者 木戸 厚一路 愛知県名古屋市東区砂田橋４丁目１番６ 号三菱レイヨン株式会社商品開発研究所 内 (72)発明者 西本 哲也 愛知県名古屋市東区砂田橋４丁目１番６ 号三菱レイヨン株式会社商品開発研究所 内 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23K 35/363

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】カルボン酸化合物を活性剤として含むフラ
   ックス組成物において、分子内にカルボキシル基と水酸
   基とを有するメタアクリル酸エステルおよび／またはア
   クリル酸エステルを主成分とした共重合体を含有するこ
   とを特徴とするフラックス組成物。
2. 【請求項２】分子内にカルボキシル基と水酸基とを有す
   るメタアクリル酸エステルおよび／またはアクリル酸エ
   ステルを主成分とした共重合体において、カルボキシル
   基の含有量が酸価で３〜３０ｍｇＫＯＨ／ｇ、水酸基の
   含有量が水酸基価で３〜３５ｍｇＫＯＨ／ｇのメタアク
   リル酸エステルおよび／またはアクリル酸エステルを主
   成分とした共重合体を用いる請求項1記載のフラックス
   組成物。
3. 【請求項３】分子内にカルボキシル基と水酸基とを有す
   るメタアクリル酸エステルおよび／またはアクリル酸エ
   ステルを主成分とした共重合体のガラス転移温度が１０
   〜８０℃であるメタアクリル酸エステルおよび／または
   アクリル酸エステルを主成分とした共重合体を用いる請
   求項１および２の記載のフラックス組成物。